Современный картофель возник в результате гибридизации с томатами 9 млн лет назад

Международная исследовательская группа обнаружила, что естественное скрещивание в дикой природе между растениями томата и картофелеподобными видами из Южной Америки около 9 миллионов лет назад привело к возникновению современного картофеля.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, учёные предполагают, что это древнее эволюционное событие запустило формирование клубня — увеличенной подземной структуры, запасающей питательные вещества, которая встречается у таких растений, как картофель, ямс и таро.

"Наши выводы показывают, как событие гибридизации между видами может вызвать эволюцию новых признаков, позволяя появляться ещё большему количеству видов. Мы наконец-то разгадали тайну происхождения картофеля", — говорит автор-корреспондент Санвэнь Хуан из Китайской академии сельскохозяйственных наук.

Происхождение картофеля, одной из важнейших мировых сельскохозяйственных культур, долгое время оставалось загадкой. По внешнему виду современные растения картофеля почти идентичны трём картофелеподобным видам из Чили, называемым Etuberosum. Однако эти растения не образуют клубней. Филогенетический анализ показывает, что картофель более тесно связан с томатами.

Чтобы разрешить это противоречие, команда проанализировала 450 геномов культурного картофеля и 56 геномов диких видов картофеля.

"Дикий картофель очень сложно отбирать для проб, поэтому этот набор данных представляет собой наиболее полную коллекцию геномных данных дикого картофеля из когда-либо анализировавшихся", — отмечает первый автор статьи Чжиян Чжан из Института сельскохозяйственной геномики в Шэньчжэне.

Исследователи обнаружили, что каждый вид картофеля содержит стабильную, сбалансированную смесь генетического материала как от Etuberosum, так и от томатов, что указывает на происхождение картофеля от древней гибридизации между ними.

Хотя Etuberosum и томаты — разные виды, они имели общего предка около 14 миллионов лет назад. Даже после расхождения в течение примерно 5 миллионов лет они смогли скреститься и дать начало первым растениям картофеля с клубнями около 9 миллионов лет назад.

Команда также проследила происхождение ключевых генов картофеля, отвечающих за формирование клубней, которые представляют собой комбинацию генетического материала от каждого родителя. Они обнаружили, что ген SP6A, действующий как главный переключатель, который сообщает растению, когда начинать формировать клубни, пришёл со стороны томатов. Другой важный ген IT1, который помогает контролировать рост подземных стеблей, образующих клубни, пришёл со стороны Etuberosum. Без любого из этих компонентов гибридное потомство было бы неспособно производить клубни.

Эта эволюционная инновация совпала по времени с быстрым поднятием Анд — периодом, когда возникали новые экологические среды. Благодаря клубню, запасающему питательные вещества под землёй, ранние картофельные растения смогли быстро адаптироваться к меняющейся среде, переживая суровые погодные условия в горах.

Клубни также позволяют растениям картофеля размножаться без семян или опыления. Они выращивают новые растения, просто прорастая из почек на клубне. Эта черта позволила им быстро расширяться и занимать разнообразные экологические ниши — от умеренных лугов до высокогорных и холодных альпийских лугов в Центральной и Южной Америке.

"Эволюция клубня дала картофелю огромное преимущество в суровых условиях, вызвав взрыв новых видов и способствуя богатому разнообразию картофеля, которое мы наблюдаем и от которого зависим сегодня", — заключил Хуан.